JP2005199972A - 燃料電池車用のラジエータ装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 車両に搭載された燃料電池を冷却するために用いられるラジエータ装置を燃料電池の出力と発熱量と走行により導入される外気とを考慮してより適切なものとする。
【解決手段】 燃料電池からの出力により最高車速で車両を走行させたときに燃料電池を許容温度範囲内で維持することができる程度に冷却媒体を冷却するのに必要なラジエータ本体２２の断面積（通風面積）を考慮してラジエータ本体２２を構成し、ラジエータ本体２２の後方にラジエータ本体２２の外周枠の範囲内で翼２４ａ，２６ａの先端部に環状のリング２４ｂ，２６ｂが取り付けられたファン２４，２６のみを取り付ける。これにより、燃料電池車を高車速で走行させたときの通風抵抗を小さくすることができ、燃料電池を許容温度範囲で運転することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、燃料電池車用のラジエータ装置およびその製造方法に関し、詳しくは、燃料電池を搭載する車両に搭載され少なくともこの燃料電池を冷却する冷却媒体を外気との熱交換により冷却する燃料電池車用のラジエータ装置およびその製造方法に関する。

従来、この種の燃料電池車用のラジエータ装置としては、車両の前部に配置され、搭載された燃料電池を冷却する冷却水を外気を用いて冷却するラジエータ装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このラジエータ装置は、ガソリンエンジンを冷却する冷却水を外気を用いて冷却するガソリン自動車に搭載されたラジエータ装置と同様の構成をしており、ラジエータ本体の後方に配置されたファンの効率を高めるためにラジエータ本体とファンとを連絡するようシュラウドが取り付けられている。
特開２００３−１７３７９０号公報

しかしながら、こうしたガソリンエンジンを冷却するラジエータ装置と同様の構造のラジエータ装置では、燃料電池車に搭載された燃料電池を十分に冷却することができない場合がある。燃料電池とガソリンエンジンはその出力と発熱量との関係が異なるから、燃料電池の冷却に用いるラジエータ装置についてはこの出力と発熱量との関係を考慮して設計する必要がある。また、単に出力と発熱量との関係を考慮するだけでなく、車両の走行により導入される外気の風量も考慮する必要がある。

本発明の燃料電池車用のラジエータ装置は、車両に搭載された燃料電池を冷却するために用いられるラジエータ装置を燃料電池の出力と発熱量と走行により導入される外気とを考慮してより適切なものとすることを目的とする。また、本発明の燃料電池車用のラジエータ装置の製造方法は、車両に搭載された燃料電池を冷却するために用いられるラジエータ装置を燃料電池の出力と発熱量と走行により導入される外気とを考慮してより適切なものとして製造することを目的とする。

本発明の燃料電池車用のラジエータ装置およびその製造方法は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。

本発明の燃料電池車用のラジエータ装置は、
燃料電池を搭載する車両に搭載され、少なくとも該燃料電池を冷却する冷却媒体を外気との熱交換により冷却する燃料電池車用のラジエータ装置であって、
前記燃料電池からの出力により車両を想定された最高車速で走行させたときに導入され通過する外気により該燃料電池を通常温度に冷却可能な程度に冷却媒体を冷却するよう通風面積と通風抵抗とが設定された構造に形成されたラジエータ本体と、
該ラジエータ本体の車両進行方向の後方に配置され、該ラジエータ本体の外周枠の略範囲内に収まる大きさに形成されたファンと、
を備えることを要旨とする。

この本発明の燃料電池車用のラジエータ装置では、ラジエータ本体を燃料電池からの出力により車両を想定された最高車速で走行させたときに導入され通過する外気により燃料電池を通常温度に冷却可能な程度に冷却媒体を冷却するよう通風面積と通風抵抗とが設定された構造に形成することにより、車両を想定された最高車速で走行させたときでも燃料電池を通常温度に冷却することができる。また、ラジエータ本体の外周枠の略範囲内に収まる大きさに形成されたファンをラジエータ本体の車両進行方向の後方に配置するから、このファンを駆動することにより、車両を低車速で走行させたときでも燃料電池を通常温度に冷却することができる。これらの結果、燃料電池車に適したラジエータ装置とすることができる。

こうした本発明の燃料電池車用のラジエータ装置において、前記ファンは、外周が環状に連結されてなるリングファンであるものとすることもできる。こうすれば、ファンの翼端部で風が回り込むのを抑制することができる。

また、本発明の燃料電池車用のラジエータ装置において、前記ラジエータ本体と前記ファンのみによって構成されてなるものとすることもできる。こうすれば、ラジエータ装置をシンプルなものとすることができる。

さらに、本発明の燃料電池車用のラジエータ装置において、前記ラジエータ本体の車両進行方向の後方に取り付けられ、開閉可能な少なくとも一つの開口部を有し、前記ラジエータ本体と前記ファンとを連絡するシュラウドを備えるものとすることもできる。この場合、前記開口部は前記ラジエータ本体を通過した外気の風圧の大小により開閉する開口部であるものとすることもできるし、車両の車速が大きくなるほど開口面積が大きくなる傾向に前記開口部を開閉する開閉手段を備えるものとすることもできる。こうすれば、高車速で走行しているときには開口部を開成することによりラジエータ本体を通過する風量を多くして冷却媒体を十分に冷却し、低車速で走行しているときには開口部を閉成することによりファン効率を高くすることができる。

本発明の燃料電池車用のラジエータ装置の製造方法は、
燃料電池を搭載する車両に搭載され、少なくとも該燃料電池を冷却する冷却媒体を外気との熱交換により冷却する燃料電池車用のラジエータ装置の製造方法であって、
前記燃料電池からの出力により車両を想定された最高車速で走行させたときに導入され通過する外気により該燃料電池を通常温度に冷却可能な程度に冷却媒体を冷却するよう通風面積と通風抵抗とを設定してラジエータ本体を形成し、
前記ラジエータ本体の外周枠の略範囲内に収まる大きさにファンを形成し、
前記形成したラジエータ本体の車両進行方向の後方側に前記形成したファンを配置する ことを要旨とする。

この本発明の燃料電池車用のラジエータ装置の製造方法により製造されたラジエータ装置では、ラジエータ本体を燃料電池からの出力により車両を想定された最高車速で走行させたときに導入され通過する外気により燃料電池を通常温度に冷却可能な程度に冷却媒体を冷却するよう通風面積と通風抵抗とが設定された構造に形成することにより、車両を想定された最高車速で走行させたときでも燃料電池を通常温度に冷却することができる。また、ラジエータ本体の外周枠の略範囲内に収まる大きさに形成されたファンをラジエータ本体の車両進行方向の後方に配置するから、このファンを駆動することにより、車両を低車速で走行させたときでも燃料電池を通常温度に冷却することができる。これらの結果、燃料電池車に適したラジエータ装置とすることができる。

次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。

図１は本発明の一実施例としての燃料電池車用のラジエータ装置２０が燃料電池車１０に搭載されている様子を説明する説明図であり、図２は実施例のラジエータ装置２０の構成を説明する説明図である。実施例のラジエータ装置２０は、図１に示すように、燃料電池車１０の最前部に配置され、その背部に配置された燃料電池（例えば、固体高分子型の燃料電池）１２を冷却する冷却媒体（例えば冷却水）を外気を用いて冷却する装置として構成されており、図１および図２に示すように、ラジエータ本体２２とその背後に取り付けられた二つのファン２４，２６とを備える。

ラジエータ本体２２は、ガソリンエンジンを搭載した自動車に搭載された通常のラジエータ装置におけるラジエータ本体と同様に、冷却媒体の流路に複数の放熱板が取り付けられて構成されている。

ファン２４，２６は、いずれも翼２４ａ，２６ａの端部で風が回り込むのを抑制するために環状のリング２４ｂ，２６ｂが取り付けられてなるリングファンとして構成されており、ラジエータ本体２２の外周枠内に収まる大きさに形成され、略対角線上に回転軸が配置され取り付けられている。

実施例のラジエータ装置２０は、こうしたラジエータ本体２２とファン２４，２６とだけによって構成されており、ガソリンエンジン自動車に搭載された通常のラジエータ装置が備えるファンシュラウドは備えていない。

次に、実施例のラジエータ装置２０の製造の様子について説明する。図３は、実施例のラジエータ装置２０の製造の様子を例示する工程図である。ラジエータ装置２０の製造は、まず、ラジエータ本体２２に必要とされる通風面積を計算する（ステップＳ１００）。通風面積は、燃料電池１２からの出力により車両に想定されている最高車速で車両を走行させたときに燃料電池１２を許容温度範囲内で維持することができる程度に冷却媒体を冷却するのに必要なラジエータ本体２２の断面積として計算される。図４に燃料電池１２や内燃機関の出力と冷却損失熱量との関係の一例を示す。図中、実曲線は燃料電池１２の出力と冷却損失熱量との関係を示し、一点鎖線は内燃機関の出力と冷却損失熱量との関係を示す。図示するように、燃料電池１２は、低出力領域では内燃機関に比して冷却水損失熱量が低く、高出力領域では内燃機関に比して冷却損失熱量が高くなる。したがって、ラジエータ本体２２に必要な大きさ（通風面積）については、燃料電池１２から最高出力を出力して走行している状態、即ち燃料電池１２からの出力により車両に想定されている最高車速で車両を走行させた状態を考慮すればよい。また、図５に例示するように、車速が増加するにしたがって、ラジエータ本体２２を通過する風量は増加するが、ファン２４，２６を稼働することによって確保される風量は小さくなる。このため、ラジエータ本体２２に必要な大きさ（通風面積）については、ファン２４，２６の稼働によって確保される風量は考慮する必要がなく、ラジエータ本体２２の通風抵抗を小さくすることを考慮すればよい。即ち、ラジエータ本体２２に必要な大きさ（通風面積）は、ファンシュラウドが取り付けられていない状態でファン２４，２６を稼働することなく燃料電池１２からの出力により車両に想定されている最高車速で車両を走行させたときに燃料電池１２を許容温度範囲内で維持することができる程度に冷却媒体を冷却するのに必要なラジエータ本体２２の断面積として計算すればよいのである。次に、計算した通風面積の矩形傾向のうち二つのファン２４，２６を配置したときにファン２４，２６の直径が最大となる形状をラジエータ本体２２の形状として設定すると共にこの最大直径より若干小さな直径をファン２４，２６の直径として設定する（ステップＳ１１０）。そして、設定した形状にラジエータ本体２２を形成すると共に設定した直径にファン２４，２６を形成し（ステップＳ１２０）、形成したラジエータ本体２２とファン２４，２６とを組み付けてラジエータ装置２０を完成する。こうしてラジエータ装置２０を製造することにより、高車速時でも燃料電池１２を十分に冷却して機能させることができると共に必要且つ十分な大きさのラジエータ装置２０とすることができる。

以上説明した実施例のラジエータ装置２０によれば、燃料電池１２からの出力により最高車速で車両を走行させたときに燃料電池１２を許容温度範囲内で維持することができる程度に冷却媒体を冷却するのに必要なラジエータ本体２２の断面積（通風面積）を考慮してラジエータ本体２２を製造し、シュラウドを取り付けずにファン２４，２６のみを取り付けるから、燃料電池車１０を高車速で走行させたときの通風抵抗を小さくすることができ、燃料電池１２を許容温度範囲で運転することができる。即ち、ラジエータ装置２０を、燃料電池車１０に搭載された燃料電池１２の出力と発熱量と走行により導入される外気とを考慮することにより適切なものとすることができる。

実施例のラジエータ装置２０では、ラジエータ本体２２の後方に二つのファン２４，２６を取り付けるものとしたが、ファンの数は二つに限定されるものではなく、一つであってもよいし、三つ以上であっても構わない。

実施例のラジエータ装置２０では、燃料電池１２からの出力により最高車速で車両を走行させたときに燃料電池１２を許容温度範囲内で維持することができる程度に冷却媒体を冷却するのに必要なラジエータ本体２２の断面積（通風面積）を計算するものとしたが、これより若干大きな断面積（通風面積）としてもよい。また、ラジエータ本体２２の断面積（通風面積）を計算する車速として最高車速を用いたが、これより若干低い車速を用いるものとしてもよい。

実施例のラジエータ装置２０では、ファンシュラウドを取り付けないものとしたが、燃料電池車１０が高車速で走行しているときのラジエータ本体２２の通風抵抗が小さくなればよいから、車速に応じて開口部が生じるファンシェラウドを取り付けるものとしてもよい。例えば、図６および図７の変形例のラジエータ装置１２０に例示するように、ラジエータ本体１２２とファン１２４，１２６とを連絡するように、全体をシャッターにより構成したファンシェラウド１２８を取り付け、車速に応じてファンシェラウド１２８のシャッター開度を調節するものとしてもよい。この場合、車速とシャッター開度との関係は、図８に例示するように、車速が大きくなるほどシャッター開度が大きくなる傾向としてシャッター開度を制御すればよい。また、図９および図１０の変形例のラジエータ装置２２０に例示するように、ラジエータ本体２２２とファン２２４，２２６とを連絡するように、風圧により開口する上下に２分割したゴム製のファンシェラウド２２８ａ，２２８ｂを取り付けるものとしてもよい。この例では、上部のファンシェラウド２２８ａについては上部だけで取り付け、下部のファンシェラウド２２８ｂについては下部のみで取り付けることにより、高車速時に風圧により各ファンシェラウド２２８ａ，２２８ｂは開口し、ラジエータ本体２２の通風抵抗を小さくする。

以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、自動車産業に利用可能である。

本発明の一実施例としての燃料電池車用のラジエータ装置２０が燃料電池車１０に搭載されている様子を説明する説明図である。 実施例のラジエータ装置２０の構成を説明する説明図である。 実施例のラジエータ装置２０の製造の様子を例示する工程図である。 燃料電池１２や内燃機関の出力と冷却損失熱量との関係の一例を示す説明図である。 車速とラジエータ本体２２の通過風量とファン稼働によって確保される風量との関係の一例を示す説明図である。 変形例のラジエータ装置１２０の構成の概略を示す説明図である。 変形例のラジエータ装置１２０の動作を説明する説明図である。 変形例のラジエータ装置１２０における車速とシャッター開度との関係の一例を示す説明図である。 変形例のラジエータ装置２２０の構成の概略を示す説明図である。 変形例のラジエータ装置２２０の動作を説明する説明図である。

符号の説明

１０ 燃料電池車、１２ 燃料電池、２０，１２０，２２０ ラジエータ装置、２２，１２２，２２２ ラジエータ本体、２４，２６，１２４，１２６，２２４，２２６ ファン、２４ａ，２６ａ 翼、２４ｂ，２６ｂ リング、１２８，２２８ａ，２２８ｂ ファンシェラウド。

Claims (7)

1. 燃料電池を搭載する車両に搭載され、少なくとも該燃料電池を冷却する冷却媒体を外気との熱交換により冷却する燃料電池車用のラジエータ装置であって、
   前記燃料電池からの出力により車両を想定された最高車速で走行させたときに導入され通過する外気により該燃料電池を通常温度に冷却可能な程度に冷却媒体を冷却するよう通風面積と通風抵抗とが設定された構造に形成されたラジエータ本体と、
   該ラジエータ本体の車両進行方向の後方に配置され、該ラジエータ本体の外周枠の略範囲内に収まる大きさに形成されたファンと、
   を備える燃料電池車用のラジエータ装置。
2. 前記ファンは、外周が環状に連結されてなるリングファンである請求項１記載の燃料電池車用のラジエータ装置。
3. 前記ラジエータ本体と前記ファンのみによって構成されてなる請求項１または２記載の燃料電池車用のラジエータ装置。
4. 前記ラジエータ本体の車両進行方向の後方に取り付けられ、開閉可能な少なくとも一つの開口部を有し、前記ラジエータ本体と前記ファンとを連絡するシュラウドを備える請求項１または２記載の燃料電池車用のラジエータ装置。
5. 前記開口部は、前記ラジエータ本体を通過した外気の風圧の大小により開閉する開口部である請求項４記載の燃料電池車用のラジエータ装置。
6. 車両の車速が大きくなるほど開口面積が大きくなる傾向に前記開口部を開閉する開閉手段を備える請求項４記載の燃料電池車用のラジエータ装置。
7. 燃料電池を搭載する車両に搭載され、少なくとも該燃料電池を冷却する冷却媒体を外気との熱交換により冷却する燃料電池車用のラジエータ装置の製造方法であって、
   前記燃料電池からの出力により車両を想定された最高車速で走行させたときに導入され通過する外気により該燃料電池を通常温度に冷却可能な程度に冷却媒体を冷却するよう通風面積と通風抵抗とを設定してラジエータ本体を形成し、
   前記ラジエータ本体の外周枠の略範囲内に収まる大きさにファンを形成し、
   前記形成したラジエータ本体の車両進行方向の後方側に前記形成したファンを配置する 燃料電池車用のラジエータ装置の製造方法。
   

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